JIANGSU UNIVERSITY
本科生课程设计DSP课程设计实验报告
基于ICETEK5509实验箱和基2FFT算法的频谱分析
学院名称：计算机科学与通信工程学院
专业班级：通信工程
学生姓名：
指导教师姓名：
指导教师职称：
年月
一、设计目的与意义
1、本课程设计与理论课、实验课一起构成《DSP芯片原理与应用》完整课程
体系；
2、针对理论课、实验课中无时间和不方便提及内容和需强调重点进行补充与
完善；
3、以原理算法的实现与验证体会DSP技术的系统性，并加深基本原理的体会。
二、设计要求
1、系统设计要求：
⑴.设计一个以ICETEK5509为硬件主体，FFT为核心算法的频谱分析系统
方案；
⑵.用C语言编写系统软件的核心部分，熟悉CCS调试环境的使
用方法，
在CCS IDE中仿真实现方案功能；
⑶.在实验箱上由硬件实现频谱分析。
2、具体要求：
⑴.FFT算法C语言实现与验证
1) 参考教材节FFT核心算法在CCS软件仿真环境中建立FFT工
程：添加main()函数，更改教材中个别语法错误，添加相应的库文
件，建立正确的FFT工程；
2) 设计检测信号，验证FFT算法的正确性及FFT的部分性质；
3) 运用FFT完成IFFT的计算。
⑵.单路、多路数模转换（A/D）
1) 回顾CCS的基本操作流程，尤其是开发环境的使用；
2) 参考实验指导和示例工程掌握5509芯片A/D的C语言基本控制流
程；
3) 仔细阅读工程的源程序，做好注释，为后期开发做好系统采集前端
设计的准备。
⑶.系统集成，实现硬件频谱分析
1) 整合前两个工程，实现连续信号的频谱分析工程的构建；
2) 参考A/D转换示例和DSP系统功能自检示例完成硬件连
接，并测试
开发系统运行效果；
3) 基于现有系统，对于实时频谱分析给出进一步开发设计
和系统改良
方案。
三、课程设计原理
1、DSP应用系统构成：
注：一般的输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行模数（A/D）转换，将信号变成数字比特流。根据奈奎斯特抽样定理，对低通信号模拟，为保持信号的不丢失，抽样频率必须至少是输入带限信号的最高频率的2倍，工程上为带限信号最高频率的3-5倍。
2、快速离散傅里叶变换（FFT）的基本原理:
频谱分析系统
FFT是一种快速有效地计算离散傅里叶变换（DFT）的方法。它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅里叶变换的算法进行改进获得的。
因为需要N 次复数乘法和N-1次复数加法，所以计算全部
X(k)01k N ≤≤-（），共需要2N 次复数乘法和N(N-1)次复数加法。实现一次复数乘法需要四次实数乘法和两次实数加法，一次复数加法需要两次实数加法，因此直接计算全部X(k)共需要42N 次实数乘法和2N(2N-1)次实数加法。为减少运算量，提高运算速度，就必须改进算法。
FFT 算法就是不断地把长序列的DFT 分解成几个短序列的DFT ，并利用m
N W 的
周期性和对称性来减少DFT 的运算次数。
nk
N
W 具有以下固有特性： (1)nk
N W 的周期性：()(N nk n N k n k N N N W W W ++==） (2)nk
N W 的对称性：()nk nk n n N k N N N W W W --=
=（） (3)nk N W 的可约性：/,n n
N N n N Nn W W W W == 另外，/2(/2)1,N k N k
N N N W W W +=-=-。
利用nk
N W 的上述特性，将x(n)或X(k)序列按一定规律分解成短序列进行运
算，这样可以避免大量的重复运算，提高计算DFT 的运算速度。算法形式有很多种，但基本上可以分为两大类，即按时间抽取(Decimation In Time ，DIT)FFT 算法和按频率抽取(Decimation In Frequency ，DIF)FFT 算法。
N=8的按时间抽取FFT
N=8的按频率抽取FFT
实数序列的FFT ： 反FFT 运算可以表示为：
1
1
x(n)=
(),0,1,2,,1N nk N
k X k W
n N N
--==⋅⋅⋅-∑ .2.8（4）
式中，X()k 是时域信号x()n 的傅里叶变换。比较.1.2（4）和.2.8（4）
可以看出，通过下列修改，我们可以用FFT 算法来实现反FFT:
⑴增加一个归一化因子1/N ；
⑵将nk N W 用其复共轭-nk
N W 代替。
由于第二点需要修改符号，因此FFT 程序还不能不加修改的来计算反FFT 。 因为
10
1x(n)=[()]N nk N k X k W N -**
=∑
1
=
{[()]}FFT X k N
** .2.9（4） 可见，求X()k 的反FFT 可以分为以下三个步骤： ⑴取X()k 的共轭，得X ()k *； ⑵求X ()k *的FFT,得Nx ()n *；
的共轭，并除以N，即得x()n。
⑶取x()n
采用这种方法可以完全不用修改FFT程序就可以计算反FFT。
3、单路、多路模数转换实验原理（AD)
⑴ TMS320VC5509A模数转换模块特性：
—带内置采样和保持的10位模数转换模块ADC,最小转换时间为500ns, 最大采样率为。
—2个模拟输入通道（AIN0-AIN1）。
—采样和保持获取时间窗口有单独的预定标控制。
⑵模数转换工作过程：
—模数转换模块接到启动转换模块后，开始转换第一通道的数据。
—经过一个采样时间的延迟后，将采样结果放入转换结果寄存器保存。
—转换结束，设置标志。
—等待下一个启动信号。
⑶模数转换的程序控制：
模数转换相对于计算机来说是一个较为缓慢的过程。一般采用中断方式启动转换或保存结果，这样在CPU忙于其它工作时可以少占用处理时间。设计转换程序应首先考虑处理过程如何与模数转换的时间相匹配，根据实际需要选择适当的触发转换手段，也要能及时地保存结果。
由于TMS320VC5509A DSP芯片内的A/D转换精度是10位，转换结果的低10位为所需数值，所以在保留时应注意将结果的高6位去除，取出低10位有效数字。
⑷实验程序流程图：
